CAD与ADAMS的整合--应用说明.pdf

F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 件匯入 件匯入 MSC ADAMS 的應用的應用 在 MSC ADAMS 的分析中 為能忠實呈現分析模型中某些 件之真實外 觀 常會透過 CAD 系統建妥真實外形之 件後 再匯入 MSC ADAMS 中作為分 析模擬之用 在此即於 Pro ENGINEER中分別建構 大小 同之傘形齒 如圖 14 及圖 15所示 同時個別以 件方式匯出 再分別將其匯入 MSC ADAMS中整合 為一齒 對進 分析模擬為 進一步 明 件匯入 MSC ADAMS 之實際應用程 序 1 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 14 傘形齒 1 圖 15 傘形齒 2 2 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 CAD 中進 產品設計中進 產品設計 於 CAD 系統下 依實際 況將 件建構完成 並設 定妥此 件之顏色 材 性質及建 一於匯出 3D 件時擬 考的座標系 統 本段 探討擬將引用之 個傘形齒 於 Pro ENGINEER Wildfire 3 0 中之顯示如圖 14及圖 15所示 CAD 中匯出產品模型中匯出產品模型 本段 係針對 件進 探討 故於 CAD 系統中直接 針對此 件進 匯出即可 筆 者 於 Pro ENGINEER Wildfire 3 0 下 進 件 的 匯 出 及 MSC ADAMS 匯入之測試發現 透過 Parasolid xmt txt x t xmt bin x b STEP stp IGES igs 及 Wavefront obj 等格式作為其間之中 介格式 其效果並 想 其中以 Render slp 格式作為其間之中介格式 則 件的幾何外形 顏色及座標系統將會完整的匯入 MSC ADAMS 中 然 材 密 則無法傳遞至 MSC ADAMS 中 於 MSC ADAMS 中指定妥材質 後將可進 物性的計算 於是本文即以 Render slp 格式作為 件匯入 MSC ADAMS 的中介格式 於是在 Pro ENGINEER中 使用 檔案 儲存副本 指 以開啟 儲 存副本 視窗 視窗中之 型選擇 著色 slp 再給定檔名 按確定後 隨即開啟 輸出 Render 視窗 如圖 16所示 於 輸出 Render 的視窗中 點選 座標系統 下方的箭頭後再點選模型中的 考座標系統 再將 偏 差控制 下的 弦高 與 角 控制 值設定妥 採用內定值即可 按確定 後即可完成匯出的工作 如圖 16所示 圖 16 輸出 Render 視窗 3 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 MSC ADAMS 匯入 件模型匯入 件模型 啟動 MSC ADAMS View 當出現圖 17的畫面 後 點選 Create a New Model 並點選 Start in 位右側 的符號 以設定檔案起始的位置及此次分析檔案儲存的位置 MSC ADAMS 無法使 用含中文的目 名稱 按 OK 後即開啟主工作視窗 如圖 18所示 於主工作視窗下 點選下 式功能表之 File Import 指 以開 啟 File Import 視窗 如圖 19所示 於 File Import 視窗中 指定 File Type 為 Render slp 於 File To Read 右側空白 處 按右鍵後 點選 Browse 以開啟一 File Select 的視窗 透過此一視窗點選所欲 匯入之 Render 檔 於 Part Name 右側空白 處輸入元件名稱 或於其右 側空白 處 按右鍵後點選 Part Create 以開啟一 Part Create Rigid Body Name and Position 的視窗 如圖 20所示 以建 一元件的名稱及放置的 位置 隨即按 OK 即將此 Render 檔之模型匯入 MSC ADAMS 中 圖 17 MSC ADAMS的初始畫面 4 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 5 圖 18 主工作視窗 圖 19 File Import 視窗 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 20 Part Create Rigid Body Name and Position視窗 在本文的範 中 首先將 Gear1 透過 MSC ADAMS 的 Import 將其匯 入 如圖 21所示 於該元件上按右鍵 再選 Modify 即可開啟 Modify Body 視窗 於視窗中勾選 Category Mass Properties 及 Define Mass By Geometry and Material Type 然後再於 Material Type 右側空白處按 右鍵選 Material Guesses Steel 如圖 21所示 然後按 Apply 系 統即進 該齒 之物性計算 完成計算後按 Show Calculated Inertia 即 可 此一齒 之 Mass Ixx Iyy 及 Izz 等物性資 如圖 22 所示 並會於 該齒 之質心位置處出現一 cm marker 6 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 21 MSC ADAMS中 gear1之 Modify Body 視窗 圖 22 gear1的物性資 於 MSC ADAMS 中以上述同樣的方式將 gear2匯入 同時進 材質的 指定及 gear2物性的計算 此時圖像 Icon 大小設為 10較適合 7 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 元件組 調整元件組 調整 當 gear1及 gear2匯入 MSC ADAMS中 其將會重合在一起 如 圖 23所示 為使 gear1與 gear2組 成齒 對 需調整 gear2 得方位角 遂於 gear2元件上按右鍵 再選 Modify 即可開啟 Modify Body 視窗 於 視窗中勾選 Category Name and Position 然後再於 Orientation 右 側輸入 0 0 90 0 90 0 如圖 24 所示 然後按 Ok 此時 gear1 與 gear2 即形成一齒 對 且齒與齒間相互咬合 如圖 25所示 圖 23 gear1及 gear2重合的 況 8 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 24 gear2的 modify body 視窗 圖 25 gear1與 gear2的齒 對 9 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 接頭接頭 Joint 建 建 為使此一齒 對轉動 首先必須於每一齒 之軸心上建 一 旋轉接頭 revolute joint 再於 齒 間建 一齒 Gear 接頭 在建 齒 接頭前 需先建 一同速座標點 Common Velocity Marker 以供齒 接頭 點選 此同速座標點 Common Velocity Marker 位於 齒 咬合之節點處 其 Z軸方向為此 齒 節點的速 方向 通常與節圓相 就本文所探討之範 而言 首先點選主功能表之 Construction Geometry Marker 指 設定 Marker Add to Ground 及 Orientation Global YZ 再於工作視窗之空白處按右鍵 以開啟 Location Event 視 窗 於視窗中輸入 0 0 30 0 45 0 如圖 26所示 後按 Apply 即於工作 視窗之齒 對間出現一座標點 Ground MARKER 3 接著再使用主功能表之 Joint Revolute 指 設定 Construction 2 Bod 1 Loc Pick Feature 分別在 gear1與 ground 間及 gear2與 ground 間建 旋轉接頭 此 旋轉接頭分別放在 gear1及 gear2的質心 cm marker 上 其方向分別朝向個別齒 之 cm x軸向 然後點選主功能表之 Joint Add on Constraint Gear 指 以 開啟 Constraint Create Complex Joint Gear 視窗 如圖 27所示 於視窗中 Joint Name 右側空白 處按右鍵 然後選 Joint Pick 然後選 gear1 及 gear2上之旋轉接頭 JOINT 1 及 JOINT 2 於視窗中 Common Velocity Marker 右側空白 處按右鍵 然後選 Marker Pick 然後選 Ground MARKER 3 然後按 Ok 即完成此齒 對接頭的設定 圖 26 Location Event 視窗 10 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 27 Constraint Create Complex Joint Gear視窗 運動運動 Motion 的建 的建 為使分析模型能依設計需求進 機構運動 則必須於分 析模型中加入驅使機構動作的運動 motion 於本文範 中 使用主功能表之 Rotational Joint Motion Applicable to Revolute or Cylindrical Joint 指 於 gear1的旋轉接頭 JOINT 1 上建 一 30secdeg的旋轉運動 模擬模擬 Simulation 本文之實 進 至此 已完成分析模型的建構 隨即使用 主功能表下之 Interactive Simulation 指 進 為期 12秒的分析 此時 gear1將旋轉一圈 動畫撥放動畫撥放 Animation 完成上述之模擬分析後 可使用主功能表下之 Animation 指 進 機構運動分析結果的撥放作業 結果保存結果保存 完成建構之分析模型可使用與機構模擬分析結果常需予以保存 在此提供 種方式用以進 分析模型及分析結果之保存 分別為 儲存資 庫儲存資 庫 Save Database 使用下 式功能表之 File Save Database 指 可將分析模型及分析結果等予以完整儲存在開始時所設定的存 檔位置處 其附檔名為 bin 此種檔案與 MSC ADAMS 的版本有關 此種格式之檔案在 同版本之 MSC ADAMS 間可能無法互通 指 檔匯出指 檔匯出 Command File Export 透過下 式功能表之 File Export 指 開啟 File Export 視窗 視窗中點選 File Type 為 ADAMS View Command File 即可將建構分析模型的所有指 儲存成一 cmd 的檔 案 並存於開始時所設定的存檔位置處 此種檔案與 MSC ADAMS 的版本無關 此種格式之檔案適合在 同版本之 MSC ADAMS 間 通 11 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 組件匯入組件匯入 MSC ADAMS 的應用的應用 如何將 MSC ADAMS 應用於產品設計 程中 並有效的與 CAD 系統進 整合 乃本文探討之主要議題 在此即以 CAD 與 MSC ADAMS 之整合 程為主 軸 搭配 Pro ENGINEER進 產品設計後 交由 MSC ADAMS 進 機構分析模擬 的實 作 明 這方面的整合 程 明如下 CAD 中進 產品設計中進 產品設計 於 CAD 系統下 即如往常般進 產品之研發設計 無需因為該產品之 3D模型後續將進 機構分析而有差 之作法 惟應於進 產品 組件設計時 於 CAD系統之 3D模型中 備妥下 事項 將有助 於後續 MSC ADAMS 的分析作業 1 設定每一 件之顏色 可將每一 件設定成 同顏色 亦可將同一群 之 件 固鎖在一起之所有 件 設為同一顏 同群之 件設定 同 之顏色 將有 於 MSC ADAMS 中之操作 2 設定每一 件的材 性質 至少應包括密 彈性係 及波松比等材 性質 3 建 一座標系統 於 CAD系統中 匯出 3D模型時即 考此座標系統 輸出 匯入 MSC ADAMS 時即以此座標系統作為 global 座標系統 此一座標系統將決定 3D模型匯入 MSC ADAMS 後 其擺設的位置及 角 並涉及重 的方向 本文以 Pro ENGINEER 中所設計之夾手為 如圖 28 所示 其中 件材 性質設定的指 為 編輯 設定 材 在此將所有 件均 設定為鋼 steel 材 件顏色之設定指 為 視圖 顏色與外觀 在此可 將每一種 件設定為 同的顏色 座標系統的建 指 為 插入 模型基 準 座標系統 在此將使用 ASM DEF CSYS 座標系統 12 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 28 Pro ENGINEER 中所設計之夾手 CAD 中匯出產品模型中匯出產品模型 在虛擬產品研發 Virtual Product Development VPD 的時 代中 產品 位化原型之建構將包含產品之所有 組件 繁瑣至所有的五 扣件 如圖 28 所示 然而有時為求分析模擬之方 及效 在 影響分 析結果之 況下 會作一些簡化的措施 譬如在進 分析模型建構時 即 可將 栓 帽 墊圈 定位銷及彈簧 等小 件予以 再譬如 件 上之小孔 倒角及圓角 等亦可予以 CAE之分析模型 擬由 CAD 系統所建構之產品 位化原型匯出 予以建構者 由於 CAD系統處 3D模型之操作性較佳 因此此等簡化作 業可於 CAD 系統下進 較為方 完成簡化後之 3D 模型 於 CAD 系統 中再以適當之檔案格式予以匯出 經前一節的測試我們發現 欲將 CAD 系統下 所建構之產品 位 化原型的 件幾何外形 件間相對位置 件顏色 件材 性質及座 標系統 等正確的傳遞至 MSC ADAMS 中 於 MSC ADAMS 系統中又能自 動計算每一個別 件之物性 並能針對每一 件進 各種應用操作 實以 Parasolid格式的檔案作為其間之中介檔案最為適當 13 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 就本文討 之夾手為 在設計人員所完成之產品 位化原型中內 含大小 件共 44個 件 在此為 於分析模擬 遂將其中之 栓 帽 定位銷及彈簧等小 件在Pro ENGINEER中予以隱抑 於Pro ENGINEER中 點選欲隱抑之 組件後 選擇 編輯 隱抑 隱抑 指 即可將其隱抑 如此此模型將僅剩餘 16個 件所構成 如圖 30所示 此時再使用 檔案 儲存副本 指 以開啟 儲存副本 視窗 如 圖 29所示 視窗中之 型選擇 實體建模核心技術 x t 再給定檔名 按確定後隨即開啟 匯出 PARASOLID 視窗 如圖 30所示 匯出 PARASOLID 的視窗中 於匯出處點選 實體 點選 座 標系統 下方的箭頭後再點選模型中的 ASM DEF CSYS 以指定模型匯 出之 考座標系統 按確定後即可完成匯出的工作 如圖 30所示 於 Pro ENGINEER中完成匯出作業後 使用 編輯 恢 恢 全 部 指 即可將先前隱抑之 組件全部恢 如此 隱抑 與 恢 指 的搭配使用 仍保持產品 位化原型的完整 將可達設計與分析共用 同一模型之最高目標 14 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 29 Pro ENGINEER 中儲存副本視窗 圖 30 Pro ENGINEER 中進 匯出之作業 15 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 MSC ADAMS 匯入分析模型匯入分析模型 啟動 MSC ADAMS View 當出現圖 31的畫面 後 點選 Import a file 並點選 Start in 位右側 的符號 以設定檔 案起始的位置及此次分析檔案儲存的位置 MSC ADAMS 無法使用含中文 的目 名稱 按 OK 後即開啟 File Import 的視窗 如圖 32所示 於 File Import 視窗中 指定 File Type 為 Parasolid xmt txt x t xmt bin x b 於 File To Read 右側空白 處 按右鍵後點 選 Browse 以開啟一 File Select 的視窗 透過此一視窗點選所欲匯 入之 Parasolid 檔 接著之 File Type 係指定此 Parasolid 是純文字檔 ASCII 簡單二進位檔 Binary 或中性二進位檔 Netural 接著指定Parasolid 檔匯入後係建構模型 model 或元件 part 並於右側空白 處輸入模型名稱 Model Name 或元件名稱 Part Name 隨即按 OK 即將此 Parasolid 檔之模型匯入 MSC ADAMS 中 以本文之範 而言 於 File Import 視窗中 File Type 處選 ASCII 接著選擇 Model Name 並於其右側空白 處 按右鍵後點選 Model Create 以開啟一 Create Model 的視窗 如圖 33 所示 以 建 一名為 CLIP 1的模型 於 File Import 視窗中 按 OK 即將此 夾手模型匯入 MSC ADAMS 中 如圖 34所示 圖 34 顯示 每一元件之顏色與 Pro ENGINEER 中個別 件的顏色 相同 同時亦顯示每一元件質心 cm處之座標 marker 使用下 式功能表 下之 Tools Database Navigator 指 開啟 Database Navigator 視 窗 如圖 34 右側所示 視窗中顯示共有 17 個元件 part 其中第一個元件 為 GROUND 模型之其它元件則依續為 PART2 至 PART17 視窗中每一 part 下均會出現一 cm 的座標 marker 明此模型中的每一元件已完成物 性計算 可於螢幕上按右鍵 然後點選某一 件 再選 Modify 即可開啟 Modify Body 視窗 於視窗中勾選 Category Mass Properties 及 Define Mass By User Input 即可 該一元件之相關物性 如圖 35所示 此等物性 計算所需之密 係透過 Parasolid 檔案傳遞至 MSC ADAMS 中 此密 可於 Modify Body 視窗中勾選 Category Mass Properties 及 Define Mass By Geometry and Density 後顯示其值 如圖 36所示 16 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 31 MSC ADAMS的初始畫面 圖 32 File import 的視窗 17 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 33 Create Model 視窗 圖 34 夾手匯入 MSC ADAMS 18 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 35 Modify Body視窗 Define Mass By User Input 圖 36 Modify Body視窗 Define Mass By Geometry and Density 19 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 MSC ADAMS 相關設定相關設定 於 MSC ADAMS View中完成分析模型匯入工作後 隨即可配合分析模型的實際 況進 相關之設定 如 單位設定 單位設定 分析人員可透過下 式功能表之 Setting Units 指 以 開啟 Units Settings 視窗 如圖 37所示 藉以檢查所使用之單位是 否適當 或 改成所欲使用之單位 重 場設定 重 場設定 分析人員應依所匯入之分析模型之實際工作 況 擺放的方 位 使用下 式功能表之 Setting Gravity 指 開啟 Gravity Settings 視窗 如圖 38所示 以進 重 大小及重 方向的設定 圖像設定 圖像設定 配合分析模型之大小 使用下 式功能表之 Setting Icons 指 開啟 Icon Settings 視窗 如圖 39所示 以進 接頭 Joint 及座 標點 Marker 等圖像顯示之大小 於視窗中 New Size 處輸入一 值即可 就以本文所探討之夾手 而言 單位採 MMKS Length Millimeter Mass Kilogram Force Newton Time Second Angle Degree Frequency Hertz 單位標準 重 場在 Z方向 重 大小為 9806 65 2 secmm 圖像大 小設為 25 圖 37 Units Settings 視窗 20 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 38 Gravity Settings視窗 圖 39 Icon Settings 視窗 21 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 接頭接頭 Joint 建 建 將 CAD 系統中之模型匯入 MSC ADAMS 中 於 MSC ADAMS 中即已完成模型元件 part 的建構 接著隨即進 接頭的建 由於係將 CAD 系統中建 之整個組件匯入 MSC ADAMS 中進 分 析 其中涉及固定接頭 Fixed Joint 使用的 況有 種 一為元件固定於地 桿 ground 上 另一則為 個元件固鎖在一起 啟用固定接頭設定之指 有 二種方式 一種是在主功能表處點選 Joint Fixed 指 即可 如圖 40 所示 另一種方式則點選下 式功能表的 Build Joints Joint Fixed 指 於本文所探討的 子中 part2 係固定於地桿上 另外 part2 part3 part4 及 part16 等元件固鎖在一起 part9 part10 與 part12 等元件固鎖在一 起 part8 part11 及 part13 等元件固鎖在一起 part5 part6 part7 及 part17 等元件固鎖在一起 在接頭建 方面 除上述固定接頭之建 外 尚包含圖 41 透過下 式功能表的 Build Joints 指 予以開啟 中 Joints Joint Primitives 及 Higher Pair Constraint 所示之所有接頭的建 在本文的 子中 除使用固定接頭外 還需使用旋轉接頭 Revolute Joint 及平移接頭 Translation Joint 旋轉接頭之操作指 為 主功能表的 Joint Revolute 如圖 42所示 另外 平移接頭的操作指 為 主功能表的 Joint Translational 如圖 43所示 本 中 part16與 part17 間為一平移接頭 該接頭放在 part17的 cm座 標點上 平移軸為 cm Z軸方向 part2與 part9間為旋轉接頭 該接頭放在 part9的 cm座標點上 旋轉軸為 cm X軸方向 part2與 part8間為旋轉接頭 該接頭放在 part8的 cm座標點上 旋轉軸為 cm X軸方向 part12 與 part14 間為旋轉接頭 該接頭放在 part12的 cm座標點上 旋轉軸為 cm X 軸方向 part13 與 part15間為旋轉接頭 該接頭放在 part13 的 cm座標點上 旋轉軸 為 cm X軸方向 圖 44 為完成接頭建 之 況 22 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 40 固定接頭 Fixed Joint 的建 圖 41 Joints的功能選項 23 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 42 旋轉接頭 Revolute Joint 的建 圖 43 平移接頭 Translation Joint 的建 24 F13 CAD 與 MSC ADAMS 機構模擬分析的整合 圖 44 完成